Componentes solares fotovoltaicos de una instalación de autoconsumo en una empresa

Esperando el despegue definitivo del autoconsumo residencial y colectivo, el industrial es, sin lugar a duda, el mejor estandarte de los beneficios ambientales y económicos de contar con paneles fotovoltaicos para reducir la dependencia energética. En este ámbito, industrias y edificios con superficies cercanas a los 600 m2 disponibles para instalar paneles, como granjas o gasolineras, ya son capaces de generar más de 100.000 kWh/año, según las características de radiación solar y de orientación de la instalación, y capaces de evitar la emisión de más de 50 tm/año de CO2.

En este tipo de cubiertas se pueden alcanzar, fácilmente considerando los nuevos paneles con cada vez más capacidad nominal, los 100 kWp de potencia instalada. La generación de electricidad en dichas cubiertas puede destinarse al autoconsumo y a la venta a la red eléctrica, en porcentajes de entorno al 60% y 40%, respectivamente, siempre, claro, considerando la actividad de la empresa. No obstante, existe la posibilidad de no recibir compensación por excedentes de energía producidos, lo que se conoce como un sistema aislado de red. Estas instalaciones deben disponer de un dispositivo de vertido cero que sea certificado e instalado en el proyecto. Una de las ventajas de ser totalmente independiente de la red es que el tiempo de puesta en marcha del proyecto se acorta considerablemente, dado que el proceso de legalización y administración es más corto.

Independientemente de la decisión de verter o no excedentes a la red, estos valores de ahorro fruto de las mejoras tecnológicas de la fotovoltaica han logrado que, junto a las normativas cada vez más claras y las apuestas por la sostenibilidad cada vez más firmes de las diferentes Comunidades Autónomas en España, el número de MW fotovoltaicos instalados en el país se haya disparado en los últimos meses aumentando la capacidad instalada del sector autoconsumo.

Imagen 1: Instalaciones por CC.AA. de proyectos conectados a red y dados de alta como productores. Fuente: UNEF.

Es importante destacar que, cualquier empresa que lleva a cabo su actividad industrial durante el día y que, por tanto, hace coincidir su demanda energética con las horas de mayor producción fotovoltaica, será capaz de maximizar el rendimiento de su instalación, tanto si cuenta con almacenamiento como si no.

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Fabricantes de textiles, alimenticias, gasolineras, granjas, almacenes, pequeñas industrias metalúrgicas y/o papeleras, entre otras, entran dentro del perfil de empresa que más está apostando por el autoconsumo debido a este motivo, principalmente.

Cuando nos referimos a los componentes claves, aunque los sistemas de almacenamiento y regulación tienen una destacada relevancia en una instalación, en este artículo vamos a conocer las características principales de dos componentes fundamentales en proyectos de autoconsumo industrial; los paneles solares y los convertidores.

Paneles fotovoltaicos

El principal componente, o al menos el más conocido, es el panel solar. Existen muchos tipos de paneles fotovoltaicos y en proyectos como los mencionados anteriormente se suelen instalar paneles cuyas potencias oscilan entre los 100 Wp y los 300 Wp. Respecto a la tecnología, los paneles monocristalinos cuentan con ventajas que los posicionan como los más ideales en las zonas del norte de España, donde las temperaturas varían de muy frías en invierno a muy cálidas en verano. Orientados hacia el sur, generalmente, son más eficientes que los policristalinos ya que se fabrican con silicio de alta pureza. Tienen un elevado rendimiento y cuentan con una vida útil superior a 25 años.

Pese a que su coste es ligeramente superior al de otros tipos, dado que requieren de más cantidad de silicio que los policristalinos, suelen rendir más a altas temperaturas. Algunas de las características claves de estos componentes son:

A. Características eléctricas

Las características eléctricas de los paneles son fundamentales para llevar a cabo un proyecto eficaz y eficiente. La denominada curva I-V, que representa la relación entre la corriente y la tensión entregadas por parte del módulo a partir de niveles de irradiación, viene dada por el fabricante y es clave para la elaboración de cálculos energéticos.

  • Intensidad de cortocircuito: Es la máxima intensidad que puede otorgar el panel. Se suele representar con las siglas ISC y se calcula midiendo la corriente entre los bornes del módulo cuando se provoca un cortocircuito (Tensión de salida = 0 V).
  • Tensión en circuito abierto: Conocida como VOC, representa el valor máximo del voltaje que se mide en el módulo si no hubiese circulación de corriente (Intensidad = 0 A).
  • Tensión nominal: Es el valor diseñado al que trabaja el módulo en condiciones estándar. Se conoce como VN y sus valores más comunes son 12, 24 y 48 V.
  • Tensión máxima: El valor de tensión correspondiente a la potencia máxima, que suele ser el 80% de la tensión en circuito abierto.
  • Potencia máxima: El mayor producto alcanzable de la corriente por la tensión de salida del módulo. Se conoce como PN, es un valor máximo y también se conoce como potencia pico.
  • Corriente máxima: El valor de corriente para la potencia máxima. Suele conocerse como IM.

Imagen 2: Curva I-V y efecto de la temperatura en un panel Tiger Pro 72HC 530-550 Watt. Fuente: Jinko Solar.

B. Eficiencia de los paneles

En plena vorágine de conseguir las mejores eficiencias fotovoltaicas, numerosos proveedores de talla mundial establecen récords en la eficiencia de sus unidades. Con valores cercanos al 20%, el cociente entre la potencia eléctrica producida y la irradiación incidente sobre el panel, también empleada la potencia luminosa (PL), da valor a la eficiencia del módulo según la fórmula ŋ = VM · IM / PL.

C. Factor de forma

Se define como factor de forma al efecto de las pérdidas por la resistencia interna del módulo, de la temperatura y otros factores que disminuyen la potencia de salida y que hacen que la curva I-V no forme un ángulo recto.

Esta característica, definida como FF, relaciona la tensión y la corriente máxima con la corriente de cortocircuito y la tensión en circuito abierto. La fórmula que se emplea para extraer este FF es producto de VM · IM / VOC · ISC. Gracias a él, se puede extraer también la potencia máxima (PM), que es fruto de multiplicar corriente y tensión máximas (VM · IM).

D. Asociación de paneles

A la hora de ejecutar la instalación, clave también es la asociación de paneles sobre la estructura. Generalmente, y con el objetivo de optimizar la producción con la superficie disponible y siguiendo el ejemplo de proyectos con alrededor de 600 m2 de cubierta, los paneles se asocian en combinaciones de serie y paralelo. Para ello, hay que entender que la configuración influirá en los niveles de corriente y tensión finales de la instalación.

  • En serie

En los paneles en serie se conectan el borne positivo de una unidad con el borne negativo del siguiente módulo. Con ello, la tensión se aumenta y la corriente se mantiene. Considerando que los paneles tienen las mismas características técnicas, el valor final de la tensión alcanzada será producto de multiplicar el número de paneles por la tensión de uno de ellos.

  • En paralelo

Se basa en conectar todos los bornes positivos entre sí y, por separado, los negativos. De este modo, se consigue aumentar la corriente generada y mantener el mismo valor de tensión. Por tanto, el valor de la intensidad final del circuito será igual a la suma de la intensidad en cada uno de los paneles. Dado que lo habitual es que todos los paneles tengan las mismas características, la intensidad final será resultado es multiplicar el número de paneles por el valor de intensidad generada por uno de ellos.

Convertidor

Los convertidores son los elementos encargados de alterar la tensión, la frecuencia y las características de la intensidad que reciben por parte del campo fotovoltaico (conjunto de paneles), en aquellos valores que sean adecuados para el uso de la empresa.

A. Inversores

En proyectos aislados de red, como fábricas que operan en horas donde hay radiación solar y no verterán excedente a la red de electricidad, el más empleado es el cc-ca, que convierte la corriente continua en alterna, y son conocidos como inversores. Son responsables de adaptar la energía fotovoltaica a las condiciones que los equipos precisan, es decir, convertir la tensión de 24 V o 12 V en 230 V de corriente alterna.

En proyectos conectados a red, es fundamental que estos equipos cuenten con control de tensión de red, de la onda de salida, del sincronismo entre la señal generada y la de la red eléctrica y de dispositivos de protección, dado el efecto negativo y perjudicial que puede tener un fallo en el sistema. En este tipo de instalaciones, los inversores cumplirán con directivas comunitarias e incorporan protecciones de diversa índole, como frente a cortocircuitos, valores de red fuera de rango y/o sobretensiones, entre otras.

Los convertidores deben contar con la siguiente información técnica:

  • Potencia nominal.
  • Tensión nominal de entrada.
  • Tensión y frecuencia de salida.
  • Polaridad y conexiones.

B. Rendimiento

El rendimiento del convertidor es la principal característica del componente. Mide la relación entre la potencia de entrada en corriente continua, con la potencia de salida en corriente alterna, y se puede calcular como ŋ = PSALIDA / PENTRADA · 100 (%).

Si analizamos los componentes claves en instalaciones de autoconsumo fotovoltaico, independientemente de la tipología del proyecto, los paneles solares y los convertidores suelen ser los elementos, sin contar las baterías, que más influencia tienen tanto en el coste final de la instalación como en el rendimiento de esta.

Por ello, la selección adecuada de estos componentes es un momento crítico y crucial para la ejecución de proyectos. En este aspecto, el gran número de empresas que han apostado por instalar autoconsumo fotovoltaico con Solarfam demuestra que la ingeniería cuenta con la experiencia necesaria para acometer este tipo de proyectos en cualquier industria de la región.

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